Elektrický proud v látkách

Vedení el.proudu v polovodičích

polovodiče - látky, které jsou při nízkých teplotách nevodivé
  např.: Si, Ge, Se, Te, PbS , CdS, GaAs

vodivost polovodičů:
a)vlastní
b)příměsová
    typ N
    typ P

Vlastní vodivost
   zahříváním polovodiče se uvolňují některé elektrony z vazby a způsobují zlepšení vodivosti
    generace párů elektron-díra a rekombinace

Příměsová vodivost
  polovodič typu N - příměs pětimocného prvku (P,As,Sb), elektrony majoritní, díry minoritní
  polovodič typu P - příměs trojmocného prvku (Al,B,Ga,In), elektrony minoritní , díry majoritní

Polovodičová dioda
  - součástka s PN přechodem
   
    hradlová vrstva:
      rekombinací zaniknou volné částice s el. nábojem
      vytváří se el. pole s intenzitou E, která má směr z N do P
  zapojení v propustném směru (P na +) - při překonání napětí hradlové vrstvy prochází el. proud
  zapojení v závěrném směru (P na -) - hradlová vrstva se rozšíří, prochází velmi malý el. proud

voltampérová charakteristika diody :


tranzistor
součástka se 2 PN přechody
E - emitor, B - báze, C - kolektor
tranzistorový jev - zapojení se společným emitorem

zesilovací činitel tranzistoru β=ΔI_C/ΔI_B


Vedení el. proudu v kapalinách

elektrolyt - kapal. látka, která vede el. proud
vodivost způsobují volné kladné a záporné ionty

elektrolytická disociace
- rozpad látky na ionty
na elektrodách odevzdají ionty svůj náboj a mění se na neutrální,
vylučují se na povrchu elektrod nebo chem. reagují s materiálem elektrod nebo elektrolytem

na katodě (K) se vylučuje vodík nebo kov
na anodě (A) se vylučuje látka nebo dochází k rozpouštění elektrody

Faradayovy zákony elektrolýzy
1) hmotnost vyloučené látky je přímo úměrná náboji, který prošel elektrolytem
m=AQ=AIt
A - elektrochemický ekvivalent látky
2) látková množství různých látek vyloučených při elektrolýze na elektrodách týmž nábojem jsou chemicky ekvivalentní (mohou se navzájem nahradit v chem. sloučenině nebo se mohou beze zbytku sloučit)

ν - počet elementárních nábojů potřebných k vyloučení 1 molekuly
N - počet vyloučených molekul
N=Q/(νe)
m₀ - hmotnost 1 molekuly
M - molární hmotnost
m₀=M/N_A
m - hmotnost vyloučené látky
m=Nm₀=MQ/(N_Aeν)
m=MQ/(Fν)
F - Faradayova konstanta
F=N_Ae
A=Q/m=M/(Fν)


Vedení el. proudu v plynech a ve vakuu
plyny za normálních podmínek nevodivé
ionizace plynu
- děj, při němž se vnějším zásahem odtrhávají elektrony z atomů
vznikají: kladné ionty + elektrony, elektrony s atomy vytvoří záporné ionty
ionizátory
- prostředky, které vyvolávají ionizaci plynu, poskytnou elektronu dostatečnou energii k uvolnění (např. vysoká teplota, UV záření, ...)
ionizační energie - nejmeněí energie potřebná k uvolnění elektronu (např. H₂, O₂ 13,6 eV; Hg 10,4 eV; 1eV=1,602.10^-19J)
současně s ionizací probíhá rekombinace
pokud je ionizovaný plyn mezi dvěma nesouhlasnými elektrodami, prochází jím proud, dochází k el. výboji

elektrický výboj:
a) samostatný
b) nesamostatný (probíhá jen po dobu působení ionizátoru)

Voltampérová charakteristika výboje

úsek 0A
- platí Ohmův zákon
- s rostoucím napětím se zrychluje pohyb iontů
úsek AB - nasycený proud
- při U_N nestačí elektrony rekombinovat
U_Z - zápalné napětí - ionizace nárazem: elektrony a ionty naráží do neutrálních molekul, mají dostatek kinetické energie k další ionizaci, počet iontů lavinovitě vzrůstá => samostatný výboj

plazma - vysoce ionizovaný plyn v samostatném výboji

Samostatný výboj v plynu
- ve výbojových trubicích
- charakter závisí na chem. složení plynu, teplotě, materiálu elektrod, tlaku plynu, vzdálenosti elektrod
- el. výboj je doprovázen světelnými a zvukovými jevy

za atmosférického tlaku probíhá:
a) obloukový výboj - silný proud, vysoká teplota (1000K) (obloukové sváření, vysokotlaké osvětlovací výbojky: Na - žlutá, Xe - modrá, Hg - UV)
b) jiskrový výboj - krátkodobý, tlak řádově MPa, teplota 10⁵K (blesk)
c) koróna - v blízkosti drátů, hrotů, hran s vysokým potenciálem (ztráty na vedení velmi vysokého napětí)

za sníženého tlaku probíhá:
doutnavý výboj

využití:
doutnavky (jen katodové světlo) - kontrolní světla s nízkou spotřebou
reklamní trubice
zářivky (anodový sloupec) - výpary Hg => UV záření - při nárazu na oxid kovu na vnitř. straně trubice se vyzáří světelné záření